酶工程酶和酶工程概論

酶工程酶和酶工程概論第一頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二課程簡介本課程講授酶學(xué)和酶工程的相關(guān)知識，包括酶的生產(chǎn)、酶的改性以及酶的應(yīng)用課程性質(zhì)專業(yè)基礎(chǔ)課，34+30=64學(xué)時，3學(xué)分適用對象：生物工程專業(yè)先修課程有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、微生物學(xué)、發(fā)酵工程第二頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二課程簡介教材和教學(xué)參考書教材：《酶工程》（第三版），郭勇編著，科學(xué)出版社，2009第三頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二課程簡介教材和教學(xué)參考書教學(xué)參考書《酶工程》（第二版），羅貴民主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2008《現(xiàn)代酶學(xué)》（第二版），袁勤生主編，華東理工大學(xué)出版社，2001《酶學(xué)原理與酶工程》，周曉云主編，中國輕工業(yè)出版社，2007第四頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二課程簡介課程主要內(nèi)容酶和酶工程概論（第一章）酶的生產(chǎn)微生物發(fā)酵產(chǎn)酶（第二章）動植物細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)酶（第三章）酶的提取與分離純化（第四章）酶的改性酶分子修飾（第五章）酶、細(xì)胞、原生質(zhì)體固定化（第六章）酶非水相催化（第七章）酶定向進(jìn)化（第八章）酶的應(yīng)用酶反應(yīng)器（第九章）酶的應(yīng)用（第十章）第五頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二課程簡介教學(xué)目的和要求以酶學(xué)的內(nèi)容為基礎(chǔ)，酶的工程應(yīng)用為主，融入各章節(jié)內(nèi)容中。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求系統(tǒng)地掌握酶的生產(chǎn)、改性與應(yīng)用的技術(shù)過程。理解和掌握酶工程的主要理論、概念，掌握酶工程的研究方法，熟悉工程應(yīng)用。了解相關(guān)的新進(jìn)展。考核方式期末筆試（閉卷）第六頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶工程

EnzymeEngineering第一課酶和酶工程概論第七頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶（enzyme）定義：活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有催化功能的生物分子，又稱為生物催化劑。分類：蛋白類酶（proteinenzyme，P酶）由蛋白質(zhì)構(gòu)成，部分含有金屬及輔基，不含核酸成分核酸類酶（RNAenzyme，R酶）是具有催化能力的RNA分子內(nèi)催化和分子間催化第八頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶工程（enzymeengineering）將酶或者微生物細(xì)胞、動植物細(xì)胞、細(xì)胞器等在一定的生物反應(yīng)裝置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段將相應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)并應(yīng)用于社會生活的一門科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代酶學(xué)理論與化工技術(shù)的交叉應(yīng)用領(lǐng)域食品工業(yè)輕工業(yè)醫(yī)藥工業(yè)第九頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論本章主要內(nèi)容酶的基本概念和發(fā)展歷史酶催化作用特點(diǎn)影響酶催化作用的因素酶的分類與命名酶的活力測定酶的生產(chǎn)方法酶工程發(fā)展概況第十頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史遠(yuǎn)古時代——古老的“食品工業(yè)”中國夏禹時代：釀酒、釀醋——粬醪、醴、糵、麴(曲，粬)兩周時代：飴糖、食醬、腌菜豆：兩周時代的重要禮器和食器，盛放腌菜春秋戰(zhàn)國時代：用麴治療消化不良的疾病公元十世紀(jì)：制豆醬利用曲霉中的蛋白酶水解豆類蛋白得到第十一頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史遠(yuǎn)古時代——古老的“食品工業(yè)”古埃及、古巴比倫時代：麥粉發(fā)酵釀造啤酒磨粉、去糠、打碎麥芽萌發(fā)、浸潤成酒發(fā)酵、裝瓶第十二頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史近代——十八世紀(jì)始，酶學(xué)的萌芽和初步發(fā)展18世紀(jì)中后期，法國科學(xué)家Réaumur（雷默爾）buzzard（禿鷹）的胃液對肉塊具有消化作用，這是一種化學(xué)變化而非物理變化過程（如溶解），而且這個化學(xué)變化是在很“溫和”的條件下實(shí)現(xiàn)的1783年，Spallazani（斯帕拉扎尼）通過實(shí)驗(yàn)闡明了不僅鳥的胃液，其它動物和人的胃液也有類似的消化作用，這個作用還與溫度、胃液加量有關(guān)，而且在體外是不穩(wěn)定的，活性會逐漸喪失最早的酶學(xué)實(shí)驗(yàn)第十三頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史近代——十八世紀(jì)始，酶學(xué)的萌芽和初步發(fā)展19世紀(jì)中葉，Pasteur認(rèn)為酵母中存在一種使葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精的物質(zhì)，但他認(rèn)為只有活的酵母細(xì)胞才能進(jìn)行發(fā)酵1878年，Kühne“Enzyme”的誕生：En（在）+Zyme（酵母），表示酶在酵母中第十四頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史近代——十八世紀(jì)始，酶學(xué)的萌芽和初步發(fā)展1894年，TakamineJoichi（高峰讓吉）利用米霉菌固體培養(yǎng)法生產(chǎn)高峰淀粉酶（第一個商品酶制劑），其方法至今仍被采用。1896年（另一說1897年），Buchner（巴克納）兄弟發(fā)現(xiàn)酵母粗提液也能將糖發(fā)酵成酒精表明起作用的非細(xì)胞本身，在細(xì)胞外也可以發(fā)生作用此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了酶的分離和對其理化性質(zhì)的研究，也促進(jìn)了生命過程中酶系統(tǒng)的研究。一般認(rèn)為酶學(xué)研究始于此Buchner獲得了1911年諾貝爾化學(xué)獎第十五頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史近代——酶作用動力學(xué)說的提出1902年，Henri（亨利）——中間產(chǎn)物學(xué)說

底物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物之前，必須先與酶形成復(fù)合物1913年，Michaelis（米徹利斯）和Menten（曼吞）——米氏方程

第十六頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史近代——酶的本質(zhì)和結(jié)構(gòu)研究1926年，J.Sumner（薩姆納）從刀豆中提取脲酶（urease），首次獲得酶的結(jié)晶體1937年又獲得過氧化氫酶結(jié)晶證實(shí)了酶是蛋白質(zhì)獲得1946年諾貝爾化學(xué)獎第十七頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史現(xiàn)代酶學(xué)——快速發(fā)展時期核酸類酶（Ribozyme）的發(fā)現(xiàn)1982年，Cech（切克）發(fā)現(xiàn)四膜蟲的26SrRNA前體在完全沒有蛋白質(zhì)的情況下進(jìn)行自我加工，催化得成熟的rRNA。1983年，Atman和Pace等人發(fā)現(xiàn)核糖核酸酶P中的RNA組分M1RNA具有核糖核酸酶的催化活性，單獨(dú)催化tRNA前體切除部分核苷酸而成為成熟的tRNAThomasCech第十八頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史現(xiàn)代酶學(xué)——快速發(fā)展時期核酸類酶發(fā)現(xiàn)的重大意義RNA具有酶的催化活性，向酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)這一傳統(tǒng)概念提出了挑戰(zhàn)在理論上，對于生物起源和生命進(jìn)化的研究具有重要啟示。核酸類酶具有內(nèi)切酶活性，可定點(diǎn)切割mRNA，破壞mRNA，抑制基因表達(dá)，為基因、病毒和腫瘤治療提供了可行途徑。第十九頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論第二節(jié)酶催化作用的特點(diǎn)催化劑的共性用量少而催化效率高能夠改變化學(xué)反應(yīng)的速率，但是不能改變化學(xué)反應(yīng)平衡降低反應(yīng)的活化能，從而加速反應(yīng)的進(jìn)行一般要與反應(yīng)物形成過渡態(tài)酶催化反應(yīng)的特性專一性強(qiáng)催化效率高催化反應(yīng)的條件溫和第二十頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)一催化作用的專一性專一性：一定條件下，一種酶只能催化一種或一類結(jié)構(gòu)相似的底物進(jìn)行某種類型反應(yīng)的特性.絕對專一性：一種酶只能催化一種底物進(jìn)行一種反應(yīng)相對專一性：一種酶催化一類結(jié)構(gòu)相似的底物進(jìn)行某種相同類型的反應(yīng)第二十一頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二絕對專一性：一種酶只能催化一種底物進(jìn)行一種反應(yīng)構(gòu)型專一性——立體異構(gòu)選擇性如：乳酸脫氫酶催化丙酮酸進(jìn)行加氫反應(yīng)生成的產(chǎn)物是L-乳酸。而D-乳酸脫氫酶催化丙酮酸生成的是D-乳酸。專一底物——如脲酶催化尿素的分解反應(yīng)第二十二頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二相對專一性：一種酶催化一類結(jié)構(gòu)相似的底物進(jìn)行某種相同類型的反應(yīng)鍵專一性——作用于相同化學(xué)鍵的一類底物，如酯酶基團(tuán)專一性——作用于相同基團(tuán)的一類底物，如胰蛋白酶，水解含有賴氨?；蚓滨ｔ驶碾逆I，如酰胺類、脂類、蛋白質(zhì)等等都可被胰蛋白酶水解。第二十三頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論補(bǔ)充：為什么酶催化具有專一性？酶催化作用專一性的機(jī)制酶分子的活性中心，一般都含有多個具有催化活性的手性中心，這些手性中心對底物分子構(gòu)型取向起著誘導(dǎo)和定向的作用，使反應(yīng)可以按單一方向進(jìn)行酶能夠區(qū)分對稱分子中等價的潛手性基團(tuán)，即一個具有潛手性基團(tuán)的底物與酶結(jié)合后，將向著與酶結(jié)合位點(diǎn)構(gòu)象相匹配的構(gòu)型的方向發(fā)生轉(zhuǎn)化第二十四頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶催化作用專一性的相關(guān)學(xué)說1、“三點(diǎn)結(jié)合”的催化理論酶與底物的結(jié)合處至少有三個點(diǎn)，而且只有一種情況是完全結(jié)合的形式。只有這種情況下，不對稱催化作用才能實(shí)現(xiàn)第二十五頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)——專一性酶催化作用專一性的相關(guān)學(xué)說2、鎖－鑰學(xué)說整個酶分子的天然構(gòu)象是剛性的，酶表面具有特定的形狀酶與底物的結(jié)合，如同一把鑰匙對一把鎖一樣第二十六頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)酶催化作用專一性的相關(guān)學(xué)說3、誘導(dǎo)契合學(xué)說該學(xué)說認(rèn)為酶表面并沒有一種與底物互補(bǔ)的固定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)才形成了互補(bǔ)形狀第二十七頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)二酶催化作用效率高酶的催化作用可使反應(yīng)速度提高107～1013倍例如：H2O2的分解反應(yīng)Fe3+催化，效率為6×10-4mol/(mol·s)過氧化氫酶催化，效率為6×106mol/(mol·s)過氧化氫酶將H2O2分解反應(yīng)的活化能從75.24kJ·mol-1降低到8.36kJ·mol-1非酶催化劑鈀，將H2O2分解反應(yīng)的活化能從75.24kJ·mol-1降低到48.94kJ·mol-1第二十八頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)酶催化作用效率高活化能：在一定溫度條件下，1mol的初態(tài)分子轉(zhuǎn)化為活化分子所需的自由能稱為活化能，單位J/mol。酶與非酶催化時所需的活化能示意圖圖中酶催化反應(yīng)和非酶催化反應(yīng)的活化能差異顯著非酶催化反應(yīng)酶催化反應(yīng)活化能反應(yīng)過程第二十九頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)三酶促反應(yīng)條件溫和酶促反應(yīng)一般在pH5～8水溶液中進(jìn)行，溫度范圍為20～40oC，即通常的生理?xiàng)l件高溫或其它苛刻的物理或化學(xué)條件，將引起酶的失活原因：酶催化所需活化能低酶是生物大分子，易變性而失活第三十頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論第三節(jié)影響酶催化作用的因素底物濃度酶濃度溫度反應(yīng)體系pH值抑制劑激活劑第三十一頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素一底物濃度對酶活的影響米氏方程（米徹利斯和曼吞）當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時，酶促反應(yīng)速率與底物濃度成正比，符合一級反應(yīng)動力學(xué)當(dāng)?shù)孜餄舛群芨邥r，反應(yīng)速率不隨底物濃度的改變而變化，符合零級反應(yīng)動力學(xué)第三十二頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素二酶濃度的影響在底物濃度足夠高的情況下，酶催化反應(yīng)速率與酶濃度成正比：第三十三頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素三溫度對酶反應(yīng)速率的影響表現(xiàn)：影響酶的穩(wěn)定程度，酶蛋白在過高溫度下將發(fā)生熱變性影響最大反應(yīng)速率影響酶和底物的結(jié)合影響酶和底物分子中某些解離基團(tuán)的pKa值第三十四頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素最適溫度（optimumtemparature）酶反應(yīng)速率隨著溫度的升高達(dá)到一個最大值時所對應(yīng)的溫度它不是酶催化反應(yīng)的特征值，受作用時間、底物濃度、酶濃度及反應(yīng)的pH等條件影響溫度提高時，在反應(yīng)速率增加的同時，酶蛋白變性失活的速率也迅速增加，所謂的最適溫度，實(shí)際上是這兩種因素綜合影響的結(jié)果第三十五頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素四pH值對酶反應(yīng)速率的影響多數(shù)情況下，酶反應(yīng)速度隨pH的變化呈鐘罩形曲線最適pH（optimumpH）酶反應(yīng)速率隨pH變化達(dá)到最大值時所對應(yīng)的pH值不是常數(shù)，受許多因素影響第三十六頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素pH對酶及其反應(yīng)系統(tǒng)的影響表現(xiàn)：1、改變酶空間構(gòu)象，使酶可逆或不可逆變性失活當(dāng)酶液的pH值恢復(fù)到最適pH時，活力可完全恢復(fù)的稱為可逆失活，反之，則稱為不可逆失活2、改變反應(yīng)系統(tǒng)的組成成分，主要是影響酶、底物和酶－底物復(fù)合物的結(jié)合/解離狀態(tài)影響酶活性中心基團(tuán)的解離狀態(tài)，使底物不能分解為產(chǎn)物影響酶分子中底物結(jié)合部位的解離狀態(tài)，使其不能與底物結(jié)合影響底物的解離狀態(tài)，使底物不能與酶相結(jié)合，或結(jié)合后不能生成產(chǎn)物第三十七頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素五抑制劑對酶反應(yīng)速率的影響凡能降低酶催化反應(yīng)速率的物質(zhì)都稱之為抑制劑抑制劑與酶的必需基團(tuán)（包括活性基團(tuán)及輔基）結(jié)合，改變其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，引起酶反應(yīng)速率下降。（抗壞血酸抑制蔗糖酶）抑制劑對酶有選擇性，不包括酶蛋白的水解及變性失活作用。酶抑制劑的特點(diǎn):在化學(xué)結(jié)構(gòu)上與被抑制的底物分子或底物的過渡狀態(tài)相似能夠與酶的活性中心以非共價或共價的方式形成比較穩(wěn)定的復(fù)合物第三十八頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素——抑制劑抑制類型不可逆抑制抑制劑與酶的活性中心發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，或共價地連接到酶分子的必需基團(tuán)上，阻礙了底物的結(jié)合或破壞了酶的催化基團(tuán)不能用透析或稀釋的方法除去抑制劑，酶活性難以恢復(fù)。可逆抑制作用與時間有關(guān)。可逆抑制抑制劑與酶蛋白以解離平衡為基礎(chǔ)，以非共價方式結(jié)合，引起酶活性暫時性喪失抑制劑可以通過物理方法（如透析等）被除去，并且能部分或全部恢復(fù)酶的活性。可逆抑制作用與時間無關(guān)。第三十九頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素可逆抑制作用的類型競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制第四十頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素競爭性抑制：是指抑制劑和底物競爭與酶分子結(jié)合而引起的抑制作用。抑制劑In和底物S對游離酶E的結(jié)合有競爭作用，互相排斥第四十一頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素競爭性抑制的速率曲線第四十二頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素非競爭性抑制：是指抑制劑與底物分別與酶分子上的不同位點(diǎn)結(jié)合而引起酶活性降低的抑制作用。酶可同時與底物及抑制劑結(jié)合，引起酶分子構(gòu)象變化，并導(dǎo)致酶活性下降。這類物質(zhì)并不是與底物競爭酶的活性中心，而是與非活性中心結(jié)合，所以稱為非競爭性抑制劑。第四十三頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素非競爭性抑制的速率曲線第四十四頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素反競爭性抑制：是指在底物與酶分子結(jié)合生產(chǎn)中間復(fù)合物后，抑制劑再與中間復(fù)合物結(jié)合而引起的抑制作用。抑制劑In不能和游離酶結(jié)合，只和酶－底物復(fù)合物ES結(jié)合成無活性的三元復(fù)合物ESIn，也是說S和E的結(jié)合不僅不排斥In，反而促進(jìn)In和E的結(jié)合。第四十五頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素反競爭性抑制的速率曲線第四十六頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論

影響酶催化作用的因素六激活劑對酶反應(yīng)速率的影響表現(xiàn)：能夠增加酶催化活性，或使酶催化活性顯示出來的物質(zhì)稱為酶的激活劑或活化劑。常見的激活劑有無機(jī)離子（Ca2+、Mg2+、Co2+、Zn2+、Mn2+、Cl-等）和某些有機(jī)分子等。部分酶也可以作為激活劑激活作用的類型激活劑A與游離酶E相結(jié)合，形成活性酶復(fù)合物EA激活劑A與底物S相結(jié)合，形成復(fù)合的活性底物SA激活劑A與游離酶E、酶－底物復(fù)合物ES形成三元復(fù)合物EAS第四十七頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論第四節(jié)酶的分類與命名蛋白類酶（proteozyme，P酶）國際酶學(xué)委員會提出的酶的命名與分類方案六大類酶核酸類酶（ribozyme，R酶）分子內(nèi)催化R酶（incisribozyme）分子間催化R酶（intransribozyme）第四十八頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的分類與命名一蛋白類酶（P酶）的命名規(guī)則推薦命名法——底物名+催化反應(yīng)類型+酶“水解酶”可以省略“水解”二字（如淀粉酶、蛋白酶等）有時可以加上酶的來源或特性（如胃蛋白酶等）系統(tǒng)命名法——底物名（供體：受體）+催化反應(yīng)類型+酶如果反應(yīng)中有多個底物，每個底物均需列出（水解反應(yīng)中的水可省略），底物名稱之間用“:”隔開若底物有構(gòu)型，也需標(biāo)出第四十九頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的分類與命名P酶命名舉例系統(tǒng)命名法——底物名（供體：受體）+催化反應(yīng)類型+酶e.g.1:[EC1.1.1.1]乙醇脫氫酶——俗名乙醇：NAD+氧化還原酶——系統(tǒng)命名CH3CH2OH+NAD+

CH3CHO+NADH+H+——催化的反應(yīng)e.g.2:[EC2.6.1.2]谷丙轉(zhuǎn)氨酶——俗名丙氨酸：-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶——系統(tǒng)命名丙氨酸+-酮戊二酸丙酮酸+谷氨酸——催化的反應(yīng)谷丙轉(zhuǎn)氨酶主要存在于肝細(xì)胞漿內(nèi)，是反映肝臟損傷情況的重要指標(biāo)。一般只要有1%的肝細(xì)胞壞死，就可以使血清酶增高一倍。因此，谷丙轉(zhuǎn)氨酶被世界衛(wèi)生組織推薦為肝功能損害最敏感的檢測指標(biāo)。

第五十頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的分類與命名P酶系統(tǒng)命名編號EC類.亞類.小類.序號EC：EnzymeCommission的縮寫類——P酶的六大類氧化還原酶類（oxidoreductases）轉(zhuǎn)移酶類（transferases）水解酶類（hydrolases）裂合酶類（lyases）異構(gòu)酶類（isomerases）連接酶類（ligases）或合成酶類（synthetases）第五十一頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的分類與命名P酶系統(tǒng)命名編號亞類——每個大類中，按照酶作用的底物、化學(xué)鍵或基團(tuán)的不同，分為若干亞類小類——每一亞類中再根據(jù)某一種相同的性質(zhì)劃分為若干小類序號——每一小類中包括若干具體的酶，按照一定的順序依次編號e.g.：-D-葡萄糖氧化還原酶[EC1.1.3.4]氧化還原酶類反應(yīng)在供體的CH—OH基上進(jìn)行以氧為氫受體第五十二頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的分類與命名P酶——氧化還原酶（oxidoreductases）催化受體A的氧化還原反應(yīng)的酶：很多情況下需要輔酶（如NAD+、FMN等）參與系統(tǒng)命名——A：B氧化還原酶推薦名A脫氫酶（dehydrogenase）或A還原酶（reductase）以O(shè)2作為氫受體時——A氧化酶（oxidase）第五十三頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的分類與命名P酶——轉(zhuǎn)移酶（transferases）催化某基團(tuán)X從供體化合物A轉(zhuǎn)移到受體化合物B上的酶系統(tǒng)命名——A：B基團(tuán)X轉(zhuǎn)移酶L-丙氨酸：2-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶[EC2.6.1.2]推薦名——A基團(tuán)X轉(zhuǎn)移酶/B基團(tuán)X轉(zhuǎn)移酶L-丙氨酸+2-酮戊二酸（丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶）丙酮酸+L-谷氨酸第五十四頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的分類與命名P酶——水解酶（hydrolases）催化化合物AB進(jìn)行水解反應(yīng)的酶系統(tǒng)命名——AB：化學(xué)鍵水解酶5’-核苷酸磷酸水解酶[EC3.1.3.5]（省略了“：水”）推薦名——AB（水解）酶5’-核苷酸酶（5'-nucleotidase）第五十五頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的分類與命名P酶——裂合酶（lyases）催化一個化合物AB分解成兩個化合物A、B及其逆反應(yīng)的酶。一般裂合酶催化底物裂解為產(chǎn)物后，產(chǎn)生一個雙鍵系統(tǒng)命名——AB-裂解的基團(tuán)X-裂合酶（單底物）L-谷氨酸-1-羧基-裂合酶[EC4.1.1.15]推薦名谷氨酸脫羧酶（glutamatedecarboxylase）第五十六頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的分類與命名P酶——異構(gòu)酶（isomerases）催化分子內(nèi)部基團(tuán)位置或構(gòu)象轉(zhuǎn)換的酶系統(tǒng)命名——底物+消旋酶/異構(gòu)酶/變位酶……推薦名——同系統(tǒng)命名或用習(xí)慣名稱丙氨酸消旋酶[EC5.1.1.1]（alanineracemase）第五十七頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的分類與命名P酶——連接酶（ligases）或合成酶（synthetases）催化兩個分子A和B進(jìn)行連接反應(yīng)，生成產(chǎn)物AB的酶，伴隨ATP的水解供能系統(tǒng)命名——A：B連接酶L-天冬氨酸：氨連接酶[EC6.3.1.1]推薦名——AB合成酶天冬酰胺合成酶（asparaginesynthetase）第五十八頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的分類與命名P酶——連接酶（ligases）或合成酶（synthetases）e.g.1——L-天冬氨酸：氨連接酶[EC6.3.1.1]e.g.2——L-谷氨酸：氨連接酶[EC6.3.1.2]第五十九頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的分類與命名二核酸類酶（R酶）的分類與命名特殊的RNA，催化RNA、DNA、多肽甚至多糖和其他生物分子剪切或剪接反應(yīng)剪切（R酶）?水解（P酶）剪接（R酶）?轉(zhuǎn)移（P酶）催化類型：剪切酶、剪接酶、多功能酶底物：分子內(nèi)催化、分子間催化第六十頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的分類與命名R酶的分類與命名 p10第六十一頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的分類與命名分子內(nèi)催化R酶（incisribozyme）自我剪切酶（self-cleavageribozyme）在一定條件下催化自身RNA進(jìn)行剪切反應(yīng)，生成兩段RNA片段自我剪接酶（self-splicingribozyme）含I型IVS的R酶：催化rRNA

前體的自我剪接，需Mg2+和鳥苷（或5’-鳥苷酸）參與含II型IVS的R酶：催化mRNA

前體的自我剪接，需Mg2+參與第六十二頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的分類與命名分子間催化R酶（intransribozyme）1.RNA剪切酶（RNAcleavageribozyme，1983年）催化對象：特定的非自身RNA分子，水解磷酸酯鍵2.DNA剪切酶（DNAcleavageribozyme，1990年）催化對象：特定的DNA分子，水解磷酸酯鍵3.多糖剪接酶：催化多糖分子進(jìn)行剪切和連接反應(yīng)的核酸類酶。4.多肽剪切酶：催化多肽進(jìn)行剪切反應(yīng)的核酸類酶。第六十三頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的分類與命名分子間催化R酶（intransribozyme）5.氨基酸酯剪切酶：催化氨基酸酯進(jìn)行剪切反應(yīng)的核酸類酶。6.多功能酶：催化其他分子進(jìn)行多種反應(yīng)的核酸類酶。例如，多功能酶L-19IVS可催化以下反應(yīng)：第六十四頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論第五節(jié)酶的活力測定酶活力酶活力是指在一定條件下，酶所催化反應(yīng)的初速度，它是定量表征酶催化能力的指標(biāo)表示方法——單位時間內(nèi)底物S或產(chǎn)物P的變化率在一定的條件下，控制一定的反應(yīng)時間，測定底物S或產(chǎn)物P的濃度的變化，來計算酶活力在外界條件相同的情況下，反應(yīng)速率越大，表示酶活力越高第六十五頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的活力測定酶活力測定的一般過程——均相反應(yīng)根據(jù)待測酶的特征，選擇合適的底物，并配制溶液底物必須是容易檢測且干擾較少的物質(zhì)確定合適的反應(yīng)條件溫度、pH值、添加輔因子等將酶液與底物溶液迅速、均勻地混合，并開始計時反應(yīng)一段時間后，迅速取出適量反應(yīng)液，中止反應(yīng)，測定底物減少量或產(chǎn)物增加量中止：迅速煮沸滅活、加酶變性劑、過酸過堿等測定：化學(xué)分析法、光譜測定法、氣體測定法等，要求快、準(zhǔn)、簡第六十六頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的活力測定酶活力單位酶活力的國際單位（IU）特定條件下（最適溫度、pH），每1min催化1μmol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的酶量定義為1個酶活力單位酶活力單位kat特定條件下，每1s催化1mol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的酶量定義為1kat1kat=6×107IU酶的比活力——純度指標(biāo)1mg蛋白質(zhì)或RNA所具有的酶活力單位數(shù)

第六十七頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的活力測定酶的轉(zhuǎn)換數(shù)與催化周期酶的轉(zhuǎn)換數(shù)Kcat酶催化效率的指標(biāo)，指每個酶分子每分鐘催化底物轉(zhuǎn)化的分子數(shù)一般用每μmol的酶活力單位數(shù)IU來表示（min-1）一般酶的轉(zhuǎn)換數(shù)在Kcat=103/min左右。酶的催化周期T轉(zhuǎn)換數(shù)的倒數(shù)T=1/Kp（ms或μs）酶進(jìn)行一次催化所需的時間,一般為6*104us第六十八頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二酶和酶工程概論酶的活力測定固定化酶活力測定——非均相酶反應(yīng)固定化酶：是指與水不溶性載體結(jié)合，在一定的空間范圍內(nèi)起催化作用的酶，稱之為固定化酶。振蕩測定法：酶柱法測定：類似于層析柱連續(xù)法測定：連續(xù)測定儀與固定化酶反應(yīng)器連接固定化酶的比活力測定酶結(jié)合效率、酶活回收率測定相對酶活力測定第六十九頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二

固定化酶的活力測定方法介紹1.振蕩測定法：稱取一定量的固定化酶加入一定量的底物溶液，一邊振蕩或攪拌，一邊進(jìn)行催化反應(yīng)取出一定量的反應(yīng)液進(jìn)行酶活力測定。2.酶柱測定法：將一定量的固定化酶裝進(jìn)具有恒溫裝置的反應(yīng)柱中讓底物溶液以一定的流速流過酶柱收集流出的反應(yīng)液測定其中產(chǎn)物的生成量或底物的消耗量3.連續(xù)測定法利用連續(xù)分光光度法等測定方法可以對固定化酶反應(yīng)液進(jìn)行連續(xù)測定，從而測定固定化酶的酶活力。

第七十頁，共七十八頁，編輯于2023年，星期二

固定化酶的比活力測定：1．酶活定義（IU)：在特定條件下，每一分鐘催化一個微摩爾底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的酶量定義為1個酶活單位?！嬃繂挝?.酶比活定義（游離）：每毫克酶